DE19839830A1 - Precision optical distance measuring method e.g. for contactless measurement of 3-dimensional objects - Google Patents

Abstract

The distance measuring method uses an optical triangulation principle with a regulated point light source and a multichannel CCD sensor device, for point scanning of a 3-dimensional object. The simultaneous measured values for a measuring point obtained from 2 or more channels are represented by measuring pulses, with evaluation and correlation of the pulse amplitude, waveform or width, for provision of corrected measuring values fed to a data memory.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hochpräzisen optischen Distanzmessung mittels einer regelbaren Punktlichtquelle und mehrkanaligen CCD-Sensoranordnungen auf der Basis optischer Triangulation und punktweiser Abtastung, insbesondere zum berührungslosen Vermessen von dreidimensionalen Objekten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for high-precision optical Distance measurement using an adjustable point light source and multi-channel CCD sensor arrangements based on optical Triangulation and point-by-point scanning, especially for non-contact measurement of three-dimensional objects according to the preamble of claim 1.

Aus der EP 0 671 679 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum berührungslosen Vermessen dreidimensionaler Objekte auf der Basis optischer Triangulation bekannt. Dort sendet eine Strah­ lungsquelle gebündelte Strahlung auf die Oberfläche eines zu vermessenden Objektes aus. Diese Strahlung wird streuend reflektiert und die Remission mittels Strahlungsdetektoren erfaßt. Durch Antriebsvorrichtungen wird nahezu die gesamte Oberfläche des zu vermessenden Objektes kontinuierlich abge­ tastet. Zusätzlich zur Drehung des Objektes mittels eines Drehtisches erfolgt eine Bewegung in vertikaler bzw. Z-Richtung des Abtastkopfes, welcher im wesentlichen die Strahlungsquelle und die Strahlungsdetektoren in Form von CCD-Sensoren sowie zugeordnete Optiken enthält. EP 0 671 679 A1 describes an apparatus and a method for the contactless measurement of three-dimensional objects on the Basis of optical triangulation known. There is a beam radiation source bundled radiation to the surface of a measuring object. This radiation becomes scattering reflected and the remission by means of radiation detectors detected. By means of drive devices, almost the entire Surface of the object to be measured continuously abge gropes. In addition to rotating the object using a Rotary tables move in the vertical or Z direction of the scanning head, which is essentially the radiation source and the radiation detectors in the form of CCD sensors as well contains assigned optics.  

Durch mehrfach vorhandene Empfängerbaugruppen, d. h. Strah­ lungsdetektoren und entsprechende Optiken, kann eine höhere Signalwahrheit erreicht werden. Dies dient der Verbesserung der Signalsicherheit bei Remissionsproblemen, wobei zusätzlich logische Prüfalgorithmen Verwendung finden können. Die hori­ zontale Ortsgenauigkeit bei der Meßauswertung der bekannten Vorrichtung kann durch geometrisches Ausschalten des Symme­ triefehlers verbessert sowie der Absolutfehler verringert werden.By multiple existing receiver modules, d. H. Beam tion detectors and corresponding optics can be higher Signal truth can be achieved. This serves to improve the Signal security for remission problems, with additional logical test algorithms can be used. The hori zonal local accuracy in the measurement evaluation of the known Device can be switched off by geometrically switching off the Symme drief error improved and the absolute error reduced become.

Ebenfalls aus der EP 0 671 679 A1 ist es bekannt, eine dyna­ mische Regelung der Lichtleistung der verwendeten Strahlungs­ quelle, z. B. einer Laserdiode, vorzunehmen, wodurch die Deutungswahrscheinlichkeit des remittierten Lichtsignals auf den Strahlungsdetektoren und damit die Meßgenauigkeit erhöht werden kann. Gleichfalls wurde bereits vorgeschlagen, durch eine einfache, steuerbare Verlängerung der Integrationszeit der als Strahlungsdetektoren verwendeten CCD-Zeilen oder Erhöhung der Laserlichtleistungsintensität auch weit entfernte, winkel­ mäßig sehr ungünstige und/oder schwach reflektierende Objekte sicher zu vermessen.Also known from EP 0 671 679 A1 is a dyna mixing control of the light output of the radiation used source, e.g. B. a laser diode, making the Probability of interpretation of the remitted light signal the radiation detectors and thus the measuring accuracy increased can be. Likewise, has already been suggested by a simple, controllable extension of the integration time of the CCD lines or elevation used as radiation detectors the laser light power intensity even far away, angle moderately very unfavorable and / or weakly reflecting objects to measure safely.

Verfahren zum berührungslosen Vermessen der Außenkonturen von dreidimensionalen Objekten mittels elektromagnetischer Strah­ lung auf der Basis optischer Triangulation sind ebenfalls bekannt.Method for the contactless measurement of the outer contours of three-dimensional objects by means of electromagnetic radiation are also based on optical triangulation known.

Hierbei befindet sich das Objekt auf einer Befestigungsvor­ richtung und wird mittels einer Abtasteinheit, welche bewegbar ist, abgetastet. Das Sensorausgangssignal bei bekannten Ver­ fahren wird mit einer entsprechenden Auswerteeinheit rechner­ gestützt weiterverarbeitet, um entsprechende Informationen über die Objektoberflächenentfernung zu erhalten, so daß hieraus dreidimensionale, digitale Daten gewonnen werden können. Diese Daten werden dann abgespeichert, um anschließend für 3D-Bild­ bearbeitungssysteme, z. B. zur Steuerung einer numerischen Werkzeugmaschine, zur Verfügung zu stehen. Here, the object is on a fortification direction and is by means of a scanning unit which is movable is sampled. The sensor output signal at known Ver Driving is carried out with a corresponding evaluation unit Processed based on appropriate information about to get the object surface distance so that from this three-dimensional, digital data can be obtained. This Data is then saved to then be used for 3D image machining systems, e.g. B. to control a numeric Machine tool to be available.  

Bei der optischen Distanzmessung mit CCD-Sensoren erfolgt demnach eine punktweise Digitalisierung, d. h. eine dynamische Meßwerterfassung, bei der externe Taktzyklen zum Erhalt einer Ortszuweisung bezüglich der auf den CCD-Sensoren abgebildeten Strahlung erforderlich sind. Wie in der EP 0 671 679 A1 gezeigt, kommen zwei oder mehrere optische Empfangskanäle zum Einsatz, um auch kritische Objekte umfassender digitalisieren zu können sowie Meßfehler an optischen oder räumlichen Kanten zu kompensieren.With optical distance measurement with CCD sensors accordingly a point-by-point digitization, d. H. a dynamic Measured value acquisition in which external clock cycles to obtain a Assignment of location with regard to that shown on the CCD sensors Radiation are required. As in EP 0 671 679 A1 shown, two or more optical reception channels are used Use to digitize critical objects more comprehensively to be able to as well as measurement errors on optical or spatial edges to compensate.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß aufgrund von Remissionsschwan­ kungen am Meßobjekt, durch Oberflächenstrukturen des Meßob­ jektes, welche mehrfache oder zerklüftete Meßimpulse erzeugen, durch Fehler an optischen und räumlichen Kanten sowie mecha­ nisch-optische Toleranzen der Meßkanäle unzuverlässige Distanzmessungen resultieren, so daß die Meßergebnisse selbst den abzubildenden Gegenstand nicht ausreichend genau beschrei­ ben. Weitere Schwierigkeiten beruhen auf einer Temperatur­ gängigkeit und einer nicht ausreichenden Stabilität externer Taktzyklen mit nachteiligen Belichtungszeitänderungen an den verwendeten CCD-Sensoren.However, it has been shown that due to remission swan kungen on the measurement object, by surface structures of the measurement object jektes, which generate multiple or jagged measuring pulses, due to defects in optical and spatial edges as well as mecha nisch-optical tolerances of the measuring channels unreliable Distance measurements result, so that the measurement results themselves do not describe the object to be depicted with sufficient accuracy ben. Temperature is another problem frequency and insufficient stability of external Clock cycles with adverse changes in exposure time on the used CCD sensors.

Die genannten Nachteile bekannter Lösungen sind komplex und treten mit unterschiedlicher zeitlicher Dynamik auf. Auch bei sorgfältiger Montage von entsprechenden Meßanordnungen, welche in Abhängigkeit von zu stellenden Meßobjekten durchaus große Abmessungen aufweisen können, sind Toleranzen zwischen den Kanälen nicht zu vermeiden. Ein entsprechender Abgleich des mechanisch-optischen Teils ist nicht oder nur mit äußerst großem Aufwand realisierbar.The disadvantages of known solutions are complex and occur with different temporal dynamics. Also at careful assembly of appropriate measuring arrangements, which depending on the measurement objects to be placed, quite large Dimensions can be tolerances between the Channels not to be avoided. A corresponding comparison of the mechanical-optical part is not or only with extreme realizable with great effort.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur hoch­ präzisen optischen Distanzmessung mittels einer regelbaren Punktlichtquelle und mehrkanaligen CCD-Sensoranordnungen auf der Basis optischer Triangulation und punktweiser Abtastung, anzugeben, das in der rage ist, hochkomplizierte Meßobjekte auch unterschiedlicher Remissionseigenschaften und kompli­ zierter Oberflächenstrukturen sicher abzutasten, wobei die erhaltenen Meßdaten durch die interne Auswertung und Selektion zwischen den Kanälen ohne aufwendigen mechanisch-optischen Abgleich repräsentativ und wiederholbar sind.It is therefore an object of the invention to provide a method for high precise optical distance measurement by means of an adjustable Point light source and multi-channel CCD sensor arrangements the basis of optical triangulation and point-by-point scanning, to indicate, which is in the rage, highly complicated objects also different remission properties and compli Ornate surface structures to be scanned safely, the  measurement data obtained through the internal evaluation and selection between the channels without complex mechanical-optical Comparison are representative and repeatable.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Ver­ fahren in seiner Definition gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestal­ tungen und Weiterbildungen umfassen.The object of the invention is achieved with a Ver drive in its definition according to the teaching of claim 1, the subclaims at least practical Ausgestal training and further education.

Mittels des vorgestellten Verfahrens werden die beim Stand der Technik gegebenen Fehlerquellen weitgehend ausgeschaltet, ohne daß ein erhöhter Aufwand bei der Montage oder Justierung einer entsprechenden Meßanordnung erforderlich wird.By means of the method presented, the state of the art Technically given sources of error largely eliminated without that an increased effort in the assembly or adjustment of a appropriate measuring arrangement is required.

Erfindungsgemäß wird ausgehend von einer punktweisen Meß­ werteerfassung eine Prüfung der Meßbedingungen für jeden Meß­ kanal vorgenommen, wobei als kritisch oder nicht repräsentativ bewertete Messungen von einer weiteren Verarbeitung ausge­ schlossen oder dementsprechend markiert werden. Mittels einer zentralen Steuereinheit kann eine exakte simultane Meßdaten­ erfassung vorgenommen werden, so daß die in den zugehörigen CCD-Sensorkanälen aufgenommenen Werte direkt ausgewertet werden können. Eine Kompensation der Meßfehler oder ein Verwerfen der Daten am oder im als kritisch erkannten Kanal kann leicht erfolgen. Mit dem Ziel der Reduzierung der insgesamt zu ver­ arbeitenden oder abzuspeichernden Datenmenge werden fehlerfreie Meßdaten der einzelnen Kanäle zusammengefaßt.According to the invention, starting from a point-by-point measurement value acquisition a check of the measurement conditions for each measurement channel made, being critical or not representative evaluated measurements from further processing closed or marked accordingly. By means of a Central control unit can provide exact simultaneous measurement data be made so that the in the associated CCD sensor channels recorded values can be evaluated directly can. Compensation of the measurement errors or rejection of the Data on or in the channel recognized as critical can easily respectively. With the aim of reducing the total ver amount of data working or to be saved is error-free Measurement data of the individual channels summarized.

Demnach wird mit dem Verfahren zunächst unter Rückgriff auf die zentrale Steuereinheit eine simultane Erfassung der Meßwerte eines Meßpunktes in allen Kanälen vorgenommen, die einen vor­ gebbaren Schwellwert überschreiten. Diese Meßwerte repräsen­ tieren dann einen lokalen Meßimpuls-Anfangswert, wobei die folgenden oder umliegenden Informationen je einen Meßimpuls angeben. Die Meßimpulse werden einer Impulsbewertung zugeführt. Diese Impulsbewertung umfaßt die Analyse der Impulsform, der Impulsamplitude, der Impulsbreite und die Untersuchung auf das Vorliegen von unerwünschten oder unzulässigen Mehrfachimpulsen oder dergleichen. Accordingly, the procedure is initially based on the central control unit a simultaneous acquisition of the measured values a measurement point made in all channels, the one before exceed the given threshold. Represent these measured values animals then a local measurement pulse initial value, the following or surrounding information one measurement pulse each specify. The measuring pulses are fed to a pulse evaluation. This pulse evaluation includes the analysis of the pulse shape, the Pulse amplitude, the pulse width and the examination for that Presence of undesired or impermissible multiple impulses or similar.  

Verfahrensseitig werden dann die Meßimpulse einer Impulsloka­ lisierung unterzogen, um dann, wie oben dargelegt, nur solche Meßimpulse, die gegebenen Prüfkriterien entsprechen, zusammen­ zuführen und um gemittelte Meßdaten zur externen Datenspeiche­ rung und Weiterverarbeitung auszugeben.On the process side, the measuring pulses of a pulse locomotive are then subjected to analysis, and then, as explained above, only such Measuring pulses that meet the given test criteria together feed and averaged measurement data to the external data storage output and further processing.

Zum Erreichen einer zeit- und ortssynchronen Punktvermessung wird von der zentralen Steuereinheit gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ein gemeinsamer Steuertakt für die CCD-Sensoranordnungen, abgeleitet von externen Impulsen, generiert und bereitgestellt. Hier besteht die Möglichkeit, im Falle des Nichtvorhandenseins der extern generierten Impulse oder beim Überschreiten vorgebbarer Impulszykluszeiten auf eine interne Taktung der CCD-Sensoranordnungen umzuschalten, so daß bis dahin erhaltene, positiv bewertete Meßdaten nicht verworfen werden müssen.To achieve a time and location synchronous point measurement is controlled by the central control unit according to a special Embodiment of the invention a common control clock for the CCD sensor arrangements, derived from external pulses, generated and provided. Here is the possibility in In the absence of the externally generated impulses or if predefined pulse cycle times are exceeded to switch internal clocking of the CCD sensor arrangements so that previously received, positively evaluated measurement data were not discarded Need to become.

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Regelung der Lichtleistung der Punktlichtquelle derart weitergebildet, daß pro CCD-Sensoranordnungskanal Komparatoren zum Vergleich mit einem oberen oder unteren empfangenen Leistungsschwellwert vorgesehen sind. Erfindungsgemäß werden die Vergleichsdaten in je einem getakteten Register (Latch) abgespeichert, wobei ausgangsseitig dieser Register eine Logikbaugruppe vorgesehen ist, die ein Aufwärts-, Abwärtszähl- oder Stopsignal für einen nachgeordneten Zähler bildet. Der Zähler stellt dann mit einer vorgegebenen, vorzugsweise nichtlinearen Schrittfolge ein Regelsignal für die Ansteuerbaugruppe der Punktlichtquelle bereit.According to one embodiment of the method, the regulation of the Light output of the point light source developed in such a way that Comparators per CCD sensor arrangement channel for comparison with an upper or lower received power threshold are provided. According to the invention, the comparison data in one clocked register (latch) is saved, whereby A logic module is provided on the output side of these registers which is an up, down or stop signal for one subordinate counter forms. The counter then sets with a predetermined, preferably non-linear sequence of steps Control signal for the control module of the point light source ready.

Bevorzugt entspricht die Schritt folge einer logarithmischen oder Exponentialfunktion.The step sequence preferably corresponds to a logarithmic one or exponential function.

Durch die Vorsorge bei Ausfall der extern generierten Impulse für die CCD-Taktung und die Regelung der Lichtleistung der Punktlichtquelle werden sowohl die CCD-Sensoren geschützt als auch die Lichtmenge beim Meßvorgang in Abhängigkeit von sich ändernden Oberflächeneigenschaften der Meßobjekte und/oder sich ändernden Meßbedingungen optimiert. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, durch Einsatz eines Multiplexers mit entspre­ chenden Umschaltmöglichkeiten die Lichtleistung auf einen gesundheitsunschädlichen Wert herabzuregeln für den Fall, daß z. B. Justierarbeiten dann notwendig werden, wenn als Punkt­ lichtquelle ein Laser Verwendung findet.Through the precaution in case of failure of the externally generated impulses for the CCD clocking and the regulation of the light output of the Point light source, both the CCD sensors are protected as well also the amount of light during the measuring process depending on itself changing surface properties of the test objects and / or themselves  changing measuring conditions optimized. In addition, there is Possibility of using a multiplexer with appropriate switching options the light output to one to reduce harmful value in the event that e.g. B. Adjustment work is necessary if as a point light source a laser is used.

Die erfindungsgemäße Lichtregelung stellt eine Dreipunkt­ regelung dar, wobei die Register von den Signalen für die Steuerung der CCD-Sensoren getaktet werden. Die erwähnte Logikbaugruppe kann weiterhin beim Umschalten von einem Safe- Zustand auf Lichtregelung einen Anfangswert bereitstellen und ermöglicht das Ausblenden eines Kanals aus dem Regelungsprozeß dann, wenn von einem Kanalcontroller ein fehlerhafter Kanal selektiert wurde.The light control according to the invention is a three-point regulation, whereby the register of the signals for the Control of the CCD sensors are clocked. The one mentioned Logic module can still be used when switching from a safe Provide an initial value for the state on light control and allows a channel to be hidden from the control process then if a faulty channel from a channel controller was selected.

Mittels des einzusetzenden Up-Down-Zählers ist in Verbindung mit der Möglichkeit, nichtlinear progammierte Schrittfolgen vorzusehen, die Regelung beschleunigbar, so daß die Regel­ eigenschaften verbessert werden. Vorzugsweise besitzt der Zähler einen Eingang zum Setzen eines vorgebbaren Anfangs­ wertes. Separate Sensoren zur Bestimmung der Lichtleistung sind durch Rückgriff auf die Nutzsignale der CCD-Sensoren, die für die eigentliche Signalauswertung bestimmt sind, nicht erfor­ derlich. Dadurch, daß über den Kanalcontroller unter Beachtung der Ergebnisse von Schwellwertdetektoren laufend der günstigste Meßkanal für die Regelung ausgewählt werden kann, ist sichergestellt, daß pro Meßzyklus eine größtmögliche Anzahl verwertbarer Meßdaten erhalten wird.By means of the up-down counter to be used is connected with the possibility of non-linearly programmed step sequences provide for the scheme to be accelerated so that the rule properties can be improved. Preferably, the Counter an input for setting a predeterminable start worth it. There are separate sensors for determining the light output by recourse to the useful signals of the CCD sensors that are used for the actual signal evaluation are determined, not required such. The fact that the channel controller under consideration of the results of threshold value detectors continuously the cheapest Measuring channel can be selected for the control ensures that the greatest possible number per measuring cycle usable measurement data is obtained.

Der erwähnte Kanalcontroller dient dem Ausblenden von kriti­ schen Meßkanälen oder eines kritischen Meßkanals, so daß dieser beim Meßprozeß bzw. der Meßwertbildung oder der Lichtlei­ stungsregelung unberücksichtigt bleibt. Die Selektion fehler­ hafter Meßkanäle erfolgt durch eine Impulsbewertung und Zuord­ nung möglicher Fehlerbits, so daß die zu verarbeitende Signal­ menge auf tatsächlich verwertbare Informationen beschränkt bleibt. The channel controller mentioned serves to hide kriti rule measuring channels or a critical measuring channel, so that this in the measuring process or the formation of measured values or the light guide performance regulation remains disregarded. The selection failed measurement channels are carried out by pulse evaluation and assignment possible error bits, so that the signal to be processed limited to information that can actually be used remains.  

Bevorzugt werden die Meßdaten korrigiert und/oder linearisiert, indem zuordenbare Werte aus einer Look-Up-Tabelle ausgelesen werden. Hierdurch läßt sich sowohl eine Anpassung an Maßein­ heiten als auch eine Vereinfachung der nachgeschalteten Bild­ verarbeitung aufgrund der zur Verfügung gestellten Datenmenge erreichen.The measurement data are preferably corrected and / or linearized, by assigning assignable values from a look-up table become. This allows both an adjustment to size units as well as simplifying the downstream image processing based on the amount of data provided to reach.

Ebenfalls durch Berücksichtigung einer weiteren Look-Up-Tabelle kann eine Autofokussteuerung für die Punktlichtquelle reali­ siert werden.Also by considering another look-up table can an auto focus control for the point light source reali be settled.

Die zur Durchführung des Verfahrens notwendige zentrale Steuereinheit kann in einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Microcontroller in Master-Slave-Anordnung wechselwirken, wobei die zentrale Steuereinheit als Master dient. Durch den Microcontroller werden mindestens Teile der Impulsbewertung und -lokalisierung durchgeführt.The central one required to carry out the procedure Control unit can in a preferred embodiment interact with a microcontroller in a master-slave arrangement, the central control unit serving as a master. By the Microcontrollers are at least part of the pulse evaluation and -localization carried out.

Bei dieser Ausführungsform wird eine Digitalisierung der Aus­ gangssignale der CCD-Sensoranordnungen vorgenommen, wobei im Sinne einer Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses nur diejenigen Signale einer Wandlung unterzogen werden, welche eine programmierbare Abtastschwelle überschreiten.In this embodiment, digitization of the off made signals of the CCD sensor arrangements, wherein in Meaning an improvement in the signal-to-noise ratio only those signals are subjected to a conversion which exceed a programmable sampling threshold.

In der Ausführungsform mit Microcontroller dient eine Daten­ transfereinheit der Reduzierung der Controller-Operationszeiten durch Erzeugung von Impulsflankenwerten für die Meßimpulse der Kanäle sowie deren Ablage in definierte Adreßbereiche nach Abschluß der jeweiligen CCD-Transporttaktzyklen in einen ent­ sprechenden Datenspeicher. Die zur Festwertberechnung erfor­ derliche Datenmenge kann unter Beachtung meßsignalrelevanter Bereiche reduziert werden. Der Microcontroller kann auch dadurch entlastet werden, daß in jedem CCD-Kanal ein Multi­ plexer ausgebildet ist, welcher ein Zeitsplitten zwischen digitalisierten Meßwerten und dem in einem Register gespei­ cherten Anfangswert bewirkt, wodurch dieser am Ende der Messung als Meßimpulsadresse auf eine feste Adresse des Datenspeichers transferiert wird.In the embodiment with a microcontroller, data is used Transfer unit reducing controller operating times by generating pulse edge values for the measuring pulses of the Channels and their storage in defined address areas Completion of the respective CCD transport clock cycles in an ent speaking data storage. The necessary for the fixed value calculation The amount of data can be more relevant considering the measurement signal Areas are reduced. The microcontroller can too are relieved by the fact that in each CCD channel a Multi is formed plexer, which is a time split between digitized measured values and stored in a register initial value, which causes this at the end of the measurement  as a measuring pulse address to a fixed address of the data memory is transferred.

Mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens kann die punktweise Meßwerterfassung optimiert werden, indem Meßbe­ dingungen in jedem Meßkanal und für jeden einzelnen Meßpunkt überprüft werden. Diese Überprüfung schließt den Ausschluß kritischer oder als untauglich bewerteter Messungen ein, so daß der Aufwand für eine nachgeschaltete weitere Datenabspeicherung und -verarbeitung gesenkt werden kann. Eine zentrale Steuer­ einheit stellt einen Steuertakt für die CCD-Sensoranordnungen zur zeit- und ortssynchronen Punktmessung bereit, wobei dieser Steuertakt von externen Impulsen abgeleitet wird. Hierdurch sind die in den zugehörigen CCD-Sensor-Empfangskanälen aufge­ nommenen Werte direkt auswertbar und es kann eine Meßkanal­ selektion nach vorgegebenen Bewertungs- oder Empfangskriterien erfolgen. Es ist also auf der Basis der simultanen Meßdaten­ erfassung und -bewertung eine Kompensation der Meßfehler oder aber auch ein Verwerfen der Daten am oder aus dem kritischen Kanal möglich.By means of the method described above, the point-by-point data acquisition can be optimized by measuring conditions in each measuring channel and for each individual measuring point be checked. This check excludes critical or unsuitable measurements, so that the effort for a subsequent data storage and processing can be reduced. A central tax unit provides a control clock for the CCD sensor arrangements ready for time and location synchronous point measurement, this Control clock is derived from external pulses. Hereby are in the associated CCD sensor reception channels taken values can be evaluated directly and there can be a measuring channel selection according to predefined evaluation or reception criteria respectively. So it is based on the simultaneous measurement data acquisition and evaluation a compensation of the measurement errors or but also discarding the data on or out of the critical Channel possible.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The invention is intended to be explained below using exemplary embodiments as well as explained with the aid of figures.

Hierbei zeigen:Here show:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zur Durch­ führung des Meß- und Auswerteverfahrens; Fig. 1 shows a schematic diagram of an arrangement for carrying out the measurement and evaluation method;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Meßkopfes zur Durchführung des Verfahrens ohne separaten Microcontroller; Fig. 2 is a block diagram of a measuring head for carrying out the process without a separate micro-controller;

Fig. 3 ein Blockschalt ähnlich Fig. 2, jedoch mit einem Microcontroller (CPU), welcher im Master-Slave-Ver­ fahren mit der zentralen Steuereinheit wechselwirkt;Interacts Figure 3 is a block diagram similar to Figure 2 but with a microcontroller (CPU), which in the master-slave Ver take the central control unit..;

Fig. 4 ein Blockschaltbild des Datentransfers in den Micro­ controller bzw. die CPU; Fig. 4 is a block diagram of data transfer in the microcontroller or the CPU;

Fig. 5 eine prinzipielle Darstellung der Lichtleistungs­ regelung; und Fig. 5 shows a schematic representation of the light output control; and

Fig. 6 ein Impulsdiagramm bzw. Taktschema mit Darstellung der Steuerung der Integrationszeit der CCD-Sensoren nach dem Stand der Technik einerseits und einer verbesserten Ausführungsform andererseits. Fig. 6 is a timing diagram or timing diagram showing the control of the integration time of the CCD sensors according to the prior art on the one hand and an improved embodiment on the other.

Die mit Hilfe der oben genannten Figuren beschriebene Vorrich­ tung zur Durchführung eines Verfahrens zur hochpräzisen opti­ schen Distanzmessung geht von einer Kombination der Merkmale Synchronisation der Kanäle, Bewertung der Kanalsymmetrie der einzelnen Messungen im Kanal zur Selektion einzelner Meßwerte und Regelung der Lichtleistung aus, um in einem festen Bit­ muster und leicht auswertbar definitive Aussagen über die Qualität der Meßdaten, d. h. die Art der Fehler und den Daten­ inhalt ausgeben zu können.The Vorrich described with the help of the above figures tion to carry out a method for high-precision opti distance measurement is based on a combination of the features Channel synchronization, evaluation of channel symmetry individual measurements in the channel for the selection of individual measured values and regulating the light output to order in a fixed bit sample and easily evaluable definitive statements about the Quality of the measurement data, d. H. the nature of the errors and the data to be able to output content.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, erfolgt die Abbildung einer von einem Objekt remittierten Strahlung über entsprechende Objek­ tive auf je ein CCD-Modul 1 und 2, enthaltend CCD-Sensoren 1 und 2. Als Punktlichtquelle wird gemäß Fig. 1 ein Laser ver­ wendet, welcher über einen entsprechenden Verstärker von einer Elektronik angesteuert wird. Eine zentrale Steuerung liefert ausgehend von einem externen Meßtakt und weiteren Steuer­ signalen Taktsignale für das jeweilige CCD-Modul 1 bzw. 2. Art und Umfang der Taktsignale für das CCD-Modul sind abhängig vom verwendeten CCD-Sensor. Mittels dieser Taktsignale können die Betriebszyklen der im Meßkopf befindlichen Sensoren synchron gestaltet werden.As shown in FIG. 1, the radiation emitted by an object is mapped via corresponding lenses to a CCD module 1 and 2 , each containing CCD sensors 1 and 2 . As a point light source 1 is a laser, in accordance with. Ver turns, which is controlled by a corresponding amplifier from an electronics. A central controller supplies clock signals for the respective CCD module 1 or 2 based on an external measurement clock and further control signals. The type and scope of the clock signals for the CCD module depend on the CCD sensor used. Using these clock signals, the operating cycles of the sensors located in the measuring head can be designed synchronously.

Wie in den Fig. 1 und 2 angedeutet, besteht die Möglichkeit, anstelle einer zweikanaligen Anordnung auch weitere Kanäle mit entsprechenden identischen Baugruppen vorzusehen, wenn dies unter Berücksichtigung der Meßaufgabe und/oder des Meßobjekts gewünscht wird. As indicated in FIGS. 1 and 2, it is possible to provide further channels with corresponding identical assemblies instead of a two-channel arrangement if this is desired taking into account the measurement task and / or the measurement object.

Gemäß Fig. 2 gelangen die Ausgangssignale des jeweiligen CCD- Moduls auf einen Schwellwertdetektor. Die einen vorgebbaren Schwellwert überschreitenden Signale gelangen dann auf eine Baugruppe zur Meßimpulsbewertung und Meßimpulslokalisierung. Ebenfalls werden die Ausgangssignale auf einen Kanalcontroller gelegt.Referring to FIG. 2, the outputs of the respective CCD module reach a threshold value. The signals exceeding a predefinable threshold value are then passed to a module for measuring pulse evaluation and localization. The output signals are also placed on a channel controller.

Die einzelnen Empfangskanäle werden von einer zentralen Steuerung bzw. zentralen Steuereinheit verwaltet, wobei eine Ausführungsform mit und ohne Microcontroller (CPU) gemäß den Fig. 2 oder 3 denkbar ist. Dann, wenn ein Microcontroller (Fig. 3) eingesetzt wird, kann die Impulsbewertung und die Meßimpulslageberechnung im Sinne einer höheren Auflösung effektiviert werden.The individual reception channels are managed by a central control or central control unit, an embodiment with and without a microcontroller (CPU) according to FIGS. 2 or 3 being conceivable. If a microcontroller ( FIG. 3) is used, the pulse evaluation and the measurement pulse position calculation can be made effective in the sense of a higher resolution.

Wie aus dem Blockschaltbildern nach Fig. 2 und 3 entnehmbar, wird nur der jeweils relevante Meßimpulsinhalt und nicht der gesamte Informationsinhalt des jeweiligen CCD-Sensors ausge­ wertet. Diese Auswertung betrifft zum einen das kurz ange­ rissene Selektieren der Meßimpulse mittels einer vorgebbaren Meßschwelle (Schwellwertdetektoren). Die lokale Information beim Überschreiten dieser vorgebbaren Meßschwelle durch den einlaufenden Meßimpuls wird fixiert und liefert einen Anfangswert. Die diesem Wert folgende Information enthält den eigenen Meßimpuls. Eine anschließende weitere Bewertung dient dem Erhalt einer Ortsinformation des Abbilds des vom Objekt remittierten Lichtflecks auf dem jeweiligen CCD-Sensor.As can be seen from the block diagrams of FIGS. 2 and 3, only the relevant measurement pulse content and not the entire information content of the respective CCD sensor is evaluated. This evaluation concerns, on the one hand, the briefly torn selection of the measuring pulses by means of a predeterminable measuring threshold (threshold value detectors). The local information when this predeterminable measuring threshold is exceeded by the incoming measuring pulse is fixed and provides an initial value. The information following this value contains its own measuring pulse. A subsequent further evaluation serves to obtain location information of the image of the light spot remitted by the object on the respective CCD sensor.

Der zentralen Steuereinheit kommt, wie dargelegt, die Aufgabe zu, die Betriebszyklen der CCD-Sensoren zu synchronisieren, so daß die Meßabläufe in den Kanälen zeitgleich erfolgen können. Insbesondere betrifft dies die Transfer-, Transport-, Inte­ grations- und Resettakte für die CCD-Sensoren. Mit einer eben­ falls dargestellten Baueinheit zur Integrationssteuerung und zum Antiblooming, welche mit der zentralen Steuereinheit ver­ bunden ist, können die Integrationszeiten definiert verändert und ein optisches Übersteuern der CCD-Sensoren verhindert werden. The central control unit, as stated, has the task to synchronize the operating cycles of the CCD sensors, so that the measurement processes in the channels can take place simultaneously. In particular, this concerns the transfer, transport, inte Gration and reset clocks for the CCD sensors. With one if shown unit for integration control and for antiblooming, which ver with the central control unit is bound, the integration times can be changed in a defined manner and prevents optical overdriving of the CCD sensors become.  

Wie in der Fig. 6 dargestellt, kann mit Hilfe dieser Baugruppe der CCD-Takt direkt von einem externen Meßimpuls abgeleitet und generiert werden. Erst nach Ablauf der Integrationszeit wird dann ein Transferimpuls bereitgestellt, welche die Integra­ tionszeit beendet und ein Umschalten des CCD-Sensors zur Signalausgabe veranlaßt.As shown in FIG. 6, the CCD clock can be derived and generated directly from an external measuring pulse with the aid of this module. Only after the integration time has elapsed is a transfer pulse provided, which ends the integration time and causes the CCD sensor to switch over to signal output.

In dem Falle, wenn externe Transferimpulse verwendet werden, die beim Scannen eines Objektes die Ortslage verkörpern, muß davon ausgegangen werden, daß aufgrund der Kopplung dieser Transferimpulse mit mechanischen, opto-mechanischen oder elektrischen Baugruppen der Vorrichtung diese starken Schwan­ kungen unterliegen. Hierdurch ergeben sich unerwünschte Ände­ rungen in der Belichtungs- und damit der Integrationszeit der CCD-Sensoren, wie dies im oberen Bildteil der Fig. 6 gezeigt ist.In the case when external transfer pulses are used which embody the local position when scanning an object, it must be assumed that due to the coupling of these transfer pulses with mechanical, opto-mechanical or electrical components of the device, these strong fluctuations are subject. This results in undesirable changes in the exposure and thus the integration time of the CCD sensors, as shown in the upper part of FIG. 6.

Nach der bevorzugten Steuerung der Integrationszeit, wie in Fig. 6 unten dargestellt, bleibt diese konstant, auch wenn sich externe Impulszyklen ändern. Hierdurch bekommt die Lichtlei­ stungsregelung eine stabile Regeleingangsgröße unabhängig von der Belichtungszeitänderung. Außerdem können mechanische Tole­ ranzen die Meßbedingungen nicht mehr unerwünscht beeinflussen und es können in diesen Baugruppen Stabilitätsmaßnahmen, welche in der Regel einen hohen Aufwand nach sich ziehen, entfallen.After the preferred control of the integration time, as shown in Fig. 6 below, it remains constant even if external pulse cycles change. This gives the Lichtlei power control a stable control input regardless of the change in exposure time. In addition, mechanical tolerances can no longer undesirably influence the measurement conditions, and stability measures, which as a rule involve a great deal of effort, can be dispensed with in these assemblies.

Eine automatische Meßtaktumschaltung dient dem Schutz der CCD- Sensoren bei Ausfall der externen Meßtaktimpulse, wobei dann auf einen internen Takt umgeschaltet werden kann. Dieses Umschalten erfolgt dann, wenn die externen Impulszyklen eine definierte Zeit überschreiten oder die betreffenden Impulse, wie erwähnt, ganz ausfallen.An automatic measuring cycle switch serves to protect the CCD Sensors in the event of failure of the external measuring clock pulses, then can be switched to an internal clock. This Switching takes place when the external pulse cycles exceed a defined time or the relevant impulses, as mentioned, fail completely.

Im Signalweg hin zur Signalzusammenführung und zum Datenausgang sind in jedem Kanal Look-Up-Tabellen vorgesehen, um eine Korrektur der Meßkurven bei Toleranzen im optischen und mecha­ nischen Bereich der Meßkanäle vorzunehmen und Ausgabewerte zu linearisieren bzw. eine Anpassung an unterschiedliche Maßein­ heiten vorzunehmen. Eine mit einem Speicher im Sinne einer weiteren Look-Up-Tabelle versehene Autofokussteuerung dient der Bereitstellung eines an die jeweilige Peripherie angepaßten Signals einer Fokussiereinrichtung für die Lichtquelle, im gezeigten Beispiel den Laser.In the signal path towards signal merging and data output look-up tables are provided to each channel Correction of the measurement curves for tolerances in optical and mecha niche area of the measuring channels and output values  linearize or adapt to different dimensions units. One with a memory in the sense of one Another look-up table provided autofocus control is used Provision of an adapted to the respective periphery Signals of a focusing device for the light source, in example shown the laser.

Die Baugruppe zur Lichtregelung erhält Signale des Kanalcon­ trollers und dient der Optimierung der Lichtmenge beim Meß­ vorgang in Abhängigkeit von sich ändernden Oberflächen­ eigenschaften der Meßobjekte und/oder sich ändernden Meßbe­ dingungen. Weiterhin kann mit dieser Lichtleistungsregelung ein Umschalten auf einen gesundheitsunschädlichen Wert bei Montage- und Justagearbeiten, insbesondere beim Wechsel des Meßobjekts vorgenommen werden.The lighting control module receives signals from the Kanalcon trollers and serves to optimize the amount of light during measurement process depending on changing surfaces properties of the test objects and / or changing test objects conditions. Furthermore, with this light power control Switching to a value that is not harmful to health during assembly and adjustment work, especially when changing the measurement object be made.

Wie im einzelnen in der Fig. 5 dargestellt, ist die Licht­ leistungsregelung als Dreipunktregelung ausgeführt, wobei die Regelgrößen in jedem Empfangskanal getrennt erfaßt werden und hierfür auf Komparatoren LOSW1/2 und LUSW1/2 zurückgegriffen wird. Ausgangsseitig stehen die Komparatoren mit je einem Register (Latch) in Verbindung, welche von den synchronen Signalen Φ(T) und Φ(x) getaktet werden. Die Register speichern den Regelstatus für die Dauer einer Belichtungszeitperiode.As shown in detail in Fig. 5, the light power control is designed as a three-point control, the control variables are detected separately in each receiving channel and for this purpose, comparators LOSW1 / 2 and LUSW1 / 2 are used. On the output side, the comparators are connected to a register (latch), which are clocked by the synchronous signals Φ (T) and Φ (x). The registers store the control status for the duration of an exposure period.

Eine Logikbaugruppe bildet entsprechend des momentanen Regelzustandes ein Aufwärts-, Abwärts- oder Stopsignal für einen Zähler bzw. eine State-Machine, die wiederum über einen Digital-Analog-Wandler (DAC) den Leistungswert der Lichtquelle über einen entsprechenden Verstärker erhöht, herabsetzt oder beibehält.A logic module forms according to the current one Control state an upward, downward or stop signal for a counter or a state machine, which in turn has a Digital-to-analog converter (DAC) the power value of the light source increased, decreased or with an appropriate amplifier maintains.

Die Logikeinheit dient darüber hinaus der Bildung eines Anfangswerts beim Umschalten von einem Sicherheitssignal auf Lichtleistungsregelung oder dem Ausblenden eines Kanals aus dem Regelprozeß gemäß der Kanalcontroller-Signalwahl. Auch stellt die Logikeinheit ein Selektsignal für einen Multiplexer (MUX) bereit. The logic unit also serves to form a Initial value when switching from a safety signal to Light output control or hiding a channel from the Control process according to the channel controller signal selection. Also poses the logic unit a select signal for a multiplexer (MUX) ready.  

Dieser Multiplexer (MUX) ermöglicht das Umschalten auf einen extern steuerbaren festen Lichtwert oder einen gesundheits­ unschädlichen Pilotstrahl-Lichtleistungswert bei eventuellen Justierarbeiten mit Laserlichtquellen.This multiplexer (MUX) enables switching to one externally controllable fixed light value or a health harmless pilot beam light output value at eventual Adjustment work with laser light sources.

Der eingesetzte Up-Down-Zähler ermöglicht eine Verringerung der Regelzeitkonstanten durch zweckmäßigerweise unlinear program­ mierte Schrittfolgen. Diese Schrittfolgen sind logarithmisch bzw. entsprechen einer Exponential-Funktion. Darüber hinaus weist der Up-Down-Zähler einen Set-Eingang für einen ent­ sprechenden Anfangswert auf.The up-down counter used allows a reduction in Control time constants through appropriately unlinear program mated steps. These steps are logarithmic or correspond to an exponential function. Furthermore the up-down counter has a set input for one speaking initial value.

Der Up-Down-Zähler arbeitet demnach unlinear in seiner Schrittfolge, wodurch bezogen auf den gerade aktuellen Licht­ wert konstante Lichtwertänderungen pro Regel schritt möglich sind, um das Regelverhalten im gesamten Lichtwertbereich konstant zu halten.The up-down counter therefore works non-linearly in its Step sequence, whereby based on the current light constant light value changes possible per control step are the control behavior in the entire light value range to keep constant.

Die Steuerung erfolgt mit zum CCD-Sensor synchronen Taktim­ pulsen abgeleitet von Φ(x) und Φ(T). Mit Beginn und Inbe­ triebnahme wird ein Anfangswert gebildet, wobei die laufende Regelung auf Meßwerte zurückgreift, die von den CCD-Sensoren gewonnen werden. Unter Beachtung der Ausgangssignale des Kanalcontrollers kann eine automatische Wahl des günstigsten Meßkanals für die Regelung erfolgen.The control is carried out with clock synchronized with the CCD sensor pulses derived from Φ (x) and Φ (T). With start and inc an initial value is formed, the current Regulation uses measured values from the CCD sensors be won. Taking into account the output signals of the Channel controller can automatically choose the cheapest Measurement channel for the control take place.

Der in den Fig. 2 und 3 gezeigte Kanalcontroller ermöglicht ein Ausblenden von kritischen Meßkanälen oder eines kritischen Meßkanals durch Signalbildung oder Markierung, wobei das Aus­ blenden bezogen auf den Meßprozeß bzw. die Meßwertbildung und Meßauswertung oder bezogen auf die Lichtwertregelung erfolgt.The channel controller shown in FIGS . 2 and 3 enables critical measuring channels or a critical measuring channel to be masked out by signal formation or marking, the masking out being carried out in relation to the measuring process or the measurement value formation and measurement evaluation or in relation to the light value control.

Zusammenfassend ermöglichen bei der Ausbildung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ohne Microcontroller, die Schwellwertdetektoren eine Bildung der Abtastschwellen zur Impulsabtastung, das Festlegen des Regelbereichs für die Lichtregelung und die Bestimmung eines optimalen Meßbereichs zur Meßimpulsbewertung.In summary, allow in the design of the device to carry out the process without a microcontroller, the Threshold detectors form the sampling thresholds for Pulse sampling, setting the control range for the  Light control and the determination of an optimal measuring range for measuring pulse evaluation.

Die Impulslokalisierung dient der Ermittlung des Anfangswerts durch einen Zähler, welcher beim Überschreiten der Abtast­ schwellen den gegebenen Zählerstand zu diesem Zeitpunkt fest­ hält, und die Ermittlung eines Meßimpulses durch Impulsbrei­ tenbestimmung.The pulse localization is used to determine the initial value by a counter which, when the sampling is exceeded threshold the given meter reading at this time holds, and the determination of a measuring pulse by pulse width determination.

Im Zusammenhang mit der Impulsbreitenermittlung kann besonders vorteilhaft eine Subpixelerkennung durchgeführt werden. Hierbei wird die Meßempfindlichkeit, welche durch die inkremental auf dem CCD-Sensor jeweils angeordneten Photopixel vorgegeben ist, erhöht. Dies ist mit Hilfe eines Flip-Flops möglich, welcher so angeordnet ist, daß eine Ansteuerung von einem Zähltakt er­ folgt, beginnend vom Anfangswert des Meßimpulses und alter­ nierend zwischen ungeradzahliger und geradzahliger Photopixel­ länge. Am Ende des Impulses wird der Zähltakt abgeschaltet, wobei der Endzustand des Flip-Flops dem digitalisierten Signal als geringwertigstes Bit (LSB-Lowest-Significant-Bit) hinzu­ geführt wird.In connection with the pulse width determination can be particularly a sub-pixel detection can advantageously be carried out. Here is the measuring sensitivity, which is due to the incremental the CCD sensor arranged photopixel is predetermined, elevated. This is possible with the help of a flip-flop, which is so is arranged that a drive from a counting clock follows, starting from the initial value of the measuring pulse and older between odd and even photopixels length. At the end of the pulse, the counting cycle is switched off, the final state of the flip-flop the digitized signal as the least significant bit (LSB Lowest Significant Bit) to be led.

Die Meßimpulsbewertung bzw. die hierfür erforderliche Baugruppe ermöglicht eine Überprüfung auf fehlerfreie Meßwerteerfassung je Kanal, wobei Prüfkriterien die Impulsform, die Impulsampli­ tude, die Impulsbreite und/oder das Auftreten von Mehrfach­ impulsen sind.The measurement pulse evaluation or the module required for this enables a check for error-free measured value acquisition per channel, with test criteria the pulse shape, the pulse ampli tude, the pulse width and / or the occurrence of multiple are impulses.

Die über die Look-Up-Tabellen korrigierten Signale gelangen auf eine Baugruppe zur Signalzusammenführung.The signals corrected via the look-up tables appear a module for signal merging.

In dieser Baugruppe wird eine Addition und Mittelung der vom Kanalcontroller freigegebenen fehlerfreien bzw. als günstig ermittelten Meßkanäle vorgenommen. Unter Signalmittelung wird eine Teilung durch die Anzahl der selektierten Kanäle ver­ standen. Ziel ist es, den Fall auszuschließen, daß ein fehler­ behafteter Kanal die Messung beeinflußt. Bei Messung mit mehreren Kanälen werden durch die Lichtfleckgeometrie bedingte Fehler an optischen Kanten, d. h. Kontrastunterschiede und Körperkanten kompensiert. Gleichzeitig wird die zum Daten­ ausgang zu übertragende Datenmenge reduziert.In this module an addition and averaging of the Channel controller released error-free or as cheap determined measurement channels made. Under signal averaging a division by the number of selected channels ver stood. The aim is to rule out the case that an error occurs affected channel affects the measurement. When measuring with Several channels are caused by the light spot geometry Optical edge defects, i. H. Contrast differences and  Body edges compensated. At the same time, it becomes data output amount of data to be transferred reduced.

Ergänzend besteht gemäß Fig. 3 die Möglichkeit, die Meßwert­ aufnahme über Analog-Digital-Wandler zu gestalten und zusätz­ lich einen Microcontroller (CPU) vorzusehen.In addition, there is the possibility according to FIG. 3 to design the measured value recording via analog-digital converter and additionally to provide a microcontroller (CPU).

Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 wirkt die zentrale Steuerung als Master und die CPU als Slave, so daß sich eine Arbeitsweise im Master-Slave-Verfahren einstellt. Von der CPU werden in Abhän­ gigkeit von der jeweiligen Leistung die Aufgabe Meßimpulsbe­ wertung, Fehlerdetektion, Look-Up-Tabelle zur Kanalkorrektur, Subpixelerkennung, Signalzusammenführung, Autofokusansteuerung und/oder Mittelwertbildung vorgenommen.In the arrangement according to FIG. 3, the central control acts as a master and the CPU as a slave, so that a mode of operation is established in the master-slave process. Depending on the respective performance, the CPU performs the task of measuring pulse evaluation, error detection, look-up table for channel correction, subpixel detection, signal merging, auto focus control and / or averaging.

Im Vergleich zur Lösung nach Fig. 2 wird beim Vorhandensein einer CPU der zentralen Steuerung die Aufgabe zugewiesen, eine Organisation und Kontrolle des Zugriffs auf den Adreß- und Datenbus im Timesharing-Verfahren vorzunehmen und eine Koor­ dinierung der externen Meßtakte mit den Zeitabläufen innerhalb des Meßkopfes und der CPU zu gestalten.In comparison to the solution according to FIG. 2, when a CPU is present, the central controller is assigned the task of organizing and controlling access to the address and data bus using the timeshare method and coordinating the external measuring clocks with the time sequences within the measuring head and the CPU.

Die vorgesehenen Analog-Ditigal-Wandler führen eine Signal­ wandlung dann durch, wenn eine programmierte Abtastschwelle überschritten wird, so daß eine wirksame Rauschunterdrückung gegeben ist.The provided analog-digital converters carry a signal conversion when a programmed scanning threshold is exceeded, so that effective noise suppression given is.

Die Datenaufnahme und der Datentransfer hin zum RAM unter Rückgriff auf die CPU und die zentrale Steuerung ist in der Fig. 4 näher dargestellt.The data acquisition and the data transfer to the RAM using the CPU and the central controller is shown in more detail in FIG. 4.

Der Datentransfer wird so gestaltet, daß eine Reduzierung der CPU-Operationszeiten möglich wird. Dies erfolgt durch Erzeugung von Impulsflankenwerten für die Meßimpulse der Kanäle sowie deren Ablage in definierten Adreßbereichen nach Abschluß des jeweiligen CCD-Transporttaktzyklus bzw. der entsprechenden Transporttaktzyklen. The data transfer is designed so that a reduction in CPU operation times becomes possible. This is done through generation of pulse edge values for the measuring pulses of the channels and their storage in defined address areas after completion of the respective CCD transport clock cycle or the corresponding Transport clock cycles.  

Die Bildung der Meßwerte (Impulslokalisierung) wird unter Hinweis auf Fig. 4 wie folgt realisiert. Die von den CCD- Sensoren erzeugten Pixelmeßwerte werden digitalisiert über einen MUX gesplittet und durch den Meßzähler adressiert in den RAM transferiert. Übersteigt ein digitaler Pixelwert dem im Schwellwertregister programmierten Wert, wird am Komparator COMP (1 bzw. 2) eine Impulsflanke gebildet, welche wiederum bewirkt, daß der zu diesem Zeitpunkt am Register MIP anliegende aktuelle Meßzählerwert von diesem Register gespeichert wird. Dieser Wert wird jeweils am Ende einer CCD-Sensor-Meßperiode mit Hilfe einer Selektroutine der Zentralen Steuerung und des Meßzählers in einen festen RAM Speicherbereich geschrieben. Für die CPU schnell abfragbar dient dieser Wert als Basisadresse für den dann in der CPU zu bewertenden programmierbaren Meßim­ pulsbereich. Zugleich stellt diese Basisadresse einen Anfangs­ meßwert für die danach von der CPU folgende Impulslokalisierung dar. Die in diesem Speicherbereich liegenden Werte werden von der CPU nach Impulsform, -flanke, -amplitude, -breite bewertet und aus ihnen ein in Pixelrichtung liegender Flächenschwerpunkt berechnet. Anfangswert und dieser Flächenschwerpunktswert werden addiert und bilden den für einen Kanal relevanten Meßwert.The formation of the measured values (pulse localization) is implemented as follows with reference to FIG. 4. The pixel measurement values generated by the CCD sensors are digitized, split by a MUX, and transferred to the RAM in an addressed manner by the measurement counter. If a digital pixel value exceeds the value programmed in the threshold value register, a pulse edge is formed on the comparator COMP ( 1 or 2 ), which in turn causes the current measuring counter value present at the MIP register at this time to be stored by this register. This value is written to a fixed RAM memory area at the end of a CCD sensor measuring period with the help of a selection routine of the central control and the measuring counter. This value can be quickly queried by the CPU and serves as the base address for the programmable measuring pulse range to be evaluated in the CPU. At the same time, this base address represents an initial measured value for the subsequent pulse localization by the CPU. The values in this memory area are evaluated by the CPU according to pulse shape, edge, amplitude, width and a center of area in the pixel direction is calculated from them. The initial value and this centroid value are added together and form the measured value relevant for a channel.

Claims (15)

1. Verfahren zur hochpräzisen optischen Distanzmessung mittels einer regelbaren Punktlichtquelle und mehrkanaligen CCD-Sen­ soranordnungen auf der Basis optischer Triangulation und punktweiser Abtastung, insbesondere zum berührungslosen Ver­ messen von dreidimensionalen Objekten, gekennzeichnet durch eine simultane zentralgesteuerte Erfassung von Meßwerten eines Meßpunktes in zwei oder mehreren Kanälen, wobei diese Meßwerte durch Meßimpulse beschrieben sind, die einen vorgebbaren Schwellwert überschreiten und in der die ebenfalls vorgebbare Umgebung dieses Schwellwertes den Meßimpuls angeben; weiterhin diese Meßimpulse einer Impulsbewertung hinsichtlich Impulsform, -amplitude, -breite, Mehrfachimpulsen oder dergleichen unter­ zogen werden, hieraus korrigierte Meßwerte oder Fehlersignale gebildet werden, um anschließend nur gegebenen Prüfkriterien entsprechende zusammengeführte und gemittelte Meßdaten zur externen Datenspeicherung und -weiterverarbeitung auszugeben.1. A method for high-precision optical distance measurement by means of a controllable point light source and multi-channel CCD sensor arrangements based on optical triangulation and point-by-point scanning, in particular for the contactless measurement of three-dimensional objects, characterized by a simultaneous, centrally controlled detection of measured values of a measuring point in two or more channels , wherein these measured values are described by measuring pulses which exceed a predeterminable threshold value and in which the likewise predeterminable environment of this threshold value indicate the measuring pulse; furthermore, these measurement pulses are subjected to a pulse evaluation with regard to pulse shape, amplitude, width, multiple pulses or the like, corrected measurement values or error signals are formed therefrom, in order to subsequently only output corresponding merged and averaged measurement data for external data storage and further processing. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur zeit- und ortssynchronen Punktmessung gemeinsame Steuer­ takte für die CCD-Sensoranordnungen von einer zentralen Steuereinheit, ausgelöst von externen Impulsen, generiert und bereitgestellt werden, wobei für alle Sensoranordnungen exakt gleiche Bedingungen für die Meßwertaufnahme hinsichtlich der Transfer-, Transport-, Reset-, Integrationstaktzyklen oder dergleichen gegeben sind.2. The method according to claim 1, characterized in that shared tax for time and location synchronous point measurement clocks for the CCD sensor arrangements from a central Control unit, triggered by external pulses, generated and are provided, being exact for all sensor arrangements same conditions for the recording of measured values with regard to Transfer, transport, reset, integration clock cycles or the like are given. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur zeit- und ortssynchronen Punktmessung ein gemeinsamer Steuertakt für die CCD-Sensoranordnungen von einer zentralen Steuereinheit, abgeleitet von externen Impulsen, generiert und bereitgestellt wird, wobei erst nach Ablauf einer konstant zu haltenden Integrationszeit ein Transferimpuls für die CCD- Sensoranordnungen und die darauffolgende Integrationszeit­ routine ausgelöst wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a common for time and location synchronous point measurement Control clock for the CCD sensor arrangements from a central Control unit, derived from external pulses, generated and is provided, only after a constant to integration time, a transfer pulse for the CCD  Sensor arrangements and the subsequent integration time routine is triggered. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall der extern generierten Impulse oder Überschreitung von Impulszykluszeiten auf eine interne Taktung der CCD-Sen­ soranordnungen umgeschaltet wird.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that if the externally generated impulses fail or are exceeded from pulse cycle times to an internal clocking of the CCD sensors sensor arrangements is switched. 5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Regelung der Leistung der Punktlichtquelle, wobei pro CCD- Sensoranordnungskanal Komparatoren zum Vergleich mit einer oberen und unteren Leistungsschwelle vorgesehen sind und die jeweiligen Vergleichsdaten in je ein getaktetes Register abge­ speichert werden, wobei weiterhin ausgangsseitig der Register eine Logikbaugruppe ein Aufwärts-, Abwärts- oder Stopsignal für einen Zähler bildet, welcher mit vorgegebener, vorzugsweise nichtlinearer Schrittfolge ein Regelsignal bereitstellt.5. The method according to any one of the preceding claims, marked by a regulation of the power of the point light source, whereby per CCD Sensor arrangement channel comparators for comparison with a upper and lower power threshold are provided and the respective comparison data in a clocked register are saved, with the register still on the output side a logic module an up, down or stop signal for forms a counter, which with a predetermined, preferably non-linear sequence of steps provides a control signal. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrittfolge eine logarithmische oder Exponentialfunktion ist.6. The method according to claim 5, characterized in that the sequence of steps is a logarithmic or exponential function is. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Registertakt von der CCD-Taktung bzw. den CCD-Taktsignalen abgeleitet wird.7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the register clock from the CCD clocking or the CCD clock signals is derived. 8. Verfahren nach Anspruch 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Multiplexers wahlweise die Lichtleistungsrege­ lung, die Vorgabe eines externen, steuerbaren Lichtwertes oder eines festen Niedrigenergiewertes ermöglicht wird. 8. The method according to claim 4, 6 or 7, characterized in that by means of a multiplexer optionally the light output rain development, the specification of an external, controllable light value or a fixed low energy value is made possible.   9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Kanalcontoller-Baugruppe kritische Meßkanäle nach Analyse der Meßdaten ausgeblendet oder für die Lichtleistungs­ regelung nicht in Betracht gezogen werden.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that critical measuring channels via a channel controller assembly Analysis of the measurement data hidden or for the light output regulation should not be considered. 10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Korrektur und Linearisierung der Meßdaten durch Auslesen zuordenbarer Werte mittels einer Look-Up-Tabelle.10. The method according to any one of the preceding claims, marked by correction and linearization of the measurement data by reading out assignable values using a look-up table. 11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuereinheit mit einem Microcontroller (CPU) in Master-Slave-Anordnung wechselwirkt, wobei durch den Micro­ controller mindestens Teile der Impulsbewertung und -lokali­ sierung durchgeführt werden.11. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the central control unit with a microcontroller (CPU) in Master-slave arrangement interacts, whereby the Micro controller at least parts of the pulse evaluation and local be carried out. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überschreiten eines vorgegebenen, programmierbaren Schwellwerts ein CCD-Zeilen lokaler Wert gebildet wird, dessen festlegbare Umgebung über eine Datentransfereinheit dem Micro­ controller zur Verarbeitung zugeführt wird.12. The method according to claim 11, characterized in that after exceeding a predetermined, programmable Threshold a CCD line local value is formed whose definable environment via a data transfer unit to the Micro controller is fed for processing. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Datentransfereinheiten eine speicherplatzre­ duzierende und die Microcontroller-Operationszeiten senkende Meßimpulslokalisierung vorgenommen wird.13. The method according to claim 12, characterized in that a memory location by means of the data transfer units reducing and reducing the microcontroller operating times Measuring pulse localization is made. 14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem digitalisierten Ausgabemeßwert entsprechend der Anzahl der Meßkanäle Markierungsbits, gebildet mittels Kanalcontroller und Microcontroller hinzugefügt werden, wobei die Bits kennzeich­ nen, welcher Kanal an der Meßwertbildung beteiligt war, und Fehlerbits angeben, wenn Kanal- und Microcontroller alle Kanäle als kritisch bewerten.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the digitized output measured value corresponding to the number of Measuring channels marking bits, formed by means of channel controllers and Microcontrollers are added, the bits denoting which channel was involved in the measurement, and  Specify error bits if channel and microcontroller all channels evaluate as critical. 15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Punktlichtquellen-Autofocussteuerung, welche eine dynamische Fokussierung meßwertunabhängig vornimmt.15. The method according to any one of the preceding claims, marked by a point light source autofocus control, which one dynamic focusing regardless of the measured value.